【摘要】：如今,國內(nèi)外大多數(shù)油田在采油過程中大量使用各種聚合物,主要包括羥丙基瓜爾膠、聚丙烯酰胺和羧甲基纖維素等,致使大多數(shù)油田采出污水中的聚合物含量偏高,部分油田的污水中聚合物質(zhì)量濃度高達(dá)1000mg/L,聚合物含量嚴(yán)重超標(biāo),處理難度較大�，F(xiàn)在油田現(xiàn)場(chǎng)主要選取的污水處理的方法主要為芬頓氧化法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是氧化活性較高,對(duì)聚合物的氧化降解較徹底;氧化降解的產(chǎn)物為無毒、易生物降解的小分子物質(zhì),不會(huì)產(chǎn)生二次污染;處理過程所需藥品價(jià)格低廉且易得,處理成本較低。該方法缺點(diǎn)是Fenton氧化過程在pH為2.0~3.0的條件下才能發(fā)揮其效能,對(duì)反應(yīng)條件要求較苛刻,而油田污水一般是偏堿性的,所以處理油田污水過程中需要首先調(diào)節(jié)污水的pH值至2.0~3.0,處理后的污水還需要將pH值回調(diào)至6.0~9.0,以滿足我國《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定。因此,處理油田污水整個(gè)過程需要消耗大量的酸和堿。典型的Fenton體系是在酸性環(huán)境下,Fe~(2+)催化H_2O_2快速分解產(chǎn)生大量具有高氧化活性羥基自由基·OH,該體系可用將大多數(shù)有機(jī)物的氧化降解,應(yīng)用十分廣泛。然而,該體系對(duì)污水的酸堿性要求十分苛刻,且使其應(yīng)用步驟繁瑣,使其應(yīng)用范圍受到制約。為了拓寬Fenton法的適用范圍,本文制備了一系列金屬配合物催化劑,在較高pH條件下催化H_2O_2氧化降解油田常用的聚合物,對(duì)拓寬Fenton體系的酸堿性適用范圍做了進(jìn)一步探究。本文主要以羥丙基瓜爾膠的膠液粘度為評(píng)價(jià)指標(biāo),合成了一系列金屬配合物催化劑,通過膠液粘度的評(píng)價(jià)方法,實(shí)驗(yàn)篩選出來了5種對(duì)雙氧水催化效果較好的催化劑,進(jìn)而對(duì)這5種催化劑的最佳應(yīng)用條件進(jìn)行了篩選并通過紫外光譜分析對(duì)各個(gè)催化劑進(jìn)行了表征以探究其催化效果較好的機(jī)理。實(shí)驗(yàn)用各催化劑在最佳條件下催化氧化降解油田常用的三種常用聚合物,對(duì)比分析了各催化劑對(duì)于去除COD和降低粘均分子量的作用效果。取得的主要研究成果如下:(1)篩選出了EDTA-Fe(Ⅱ)、四乙烯五胺-Co、半胱氨酸-Fe(ⅡI)、酒石酸鈉-Fe(ⅡI)和鄰菲羅啉-Cu等五種催化H_2O_2氧化降解羥丙基瓜爾膠效果較好的催化劑;(2)優(yōu)化出各催化劑的使用條件如下:EDTA-Fe(Ⅱ)金屬離子和配體比例為1:1,雙氧水用量為羥丙基瓜爾膠質(zhì)量的10%,催化劑用量為雙氧水物質(zhì)的量的10%,溫度為45℃,pH為9;四乙烯五胺-Co金屬離子和配體比例為1:3,雙氧水用量為羥丙基瓜爾膠質(zhì)量的10%,催化劑用量為雙氧水物質(zhì)的量的10%,溫度為45℃,pH為7;半胱氨酸-Fe(ⅡI)金屬離子和配體比例為1:1,雙氧水用量為羥丙基瓜爾膠質(zhì)量的10%,催化劑用量為雙氧水物質(zhì)的量的10%,溫度為45℃,pH為7;酒石酸鈉-Fe(ⅡI)金屬離子和配體比例為1:3,雙氧水用量為羥丙基瓜爾膠質(zhì)量的10%,催化劑用量為雙氧水物質(zhì)的量的5%,溫度為45℃,pH為11;鄰菲羅啉-Cu金屬離子和配體比例為1:3,雙氧水用量為羥丙基瓜爾膠質(zhì)量的10%,催化劑用量為雙氧水物質(zhì)的量的10%,溫度為45℃,pH為11;(3)使用篩選出的5種金屬配合物催化劑分別控制在其最優(yōu)條件下,催化H_2O_2氧化降解油田常用的聚合物羥丙基瓜爾膠、PAM和CMC的模擬膠液。其中EDTA-Fe(Ⅱ)以及鄰菲羅啉-Cu催化H_2O_2氧化降解三種聚合物的效果較好,其COD去除率均在99%以上,四乙烯五胺-Co、半胱氨酸-Fe(ⅡI)和酒石酸鈉-Fe(ⅡI)催化H_2O_2氧化降解三種聚合物的效果較一般,但也可達(dá)到97%以上;(4)紫外光譜和紅外光譜表征,證明了金屬離子和配體發(fā)生了配位生成了配合物,有效的從本質(zhì)上說明了各催化劑催化效果較好的原因。
[Abstract]:Nowadays, most oilfields at home and abroad use a large number of polymers in the process of oil production, including hydroxypropyl guar gum, polyacrylamide and carboxymethyl cellulose, resulting in high polymer content in the produced sewage of most oilfields. The polymer concentration in the sewage of some oilfields is as high as 1000mg/L, and the polymer content exceeds the standard seriously. Fenton oxidation is the main method of wastewater treatment in oilfield. The advantages of this method are high oxidation activity and thorough oxidative degradation of polymers. The products of oxidative degradation are non-toxic, biodegradable and small molecular substances, which do not cause secondary pollution. The cost of drugs needed in the treatment process is low. The disadvantage of this method is that Fenton oxidation process can only exert its efficiency under the condition of pH 2.0~3.0, and the reaction conditions are more stringent, while oilfield sewage is generally alkaline, so it is necessary to adjust the pH value of the sewage to 2.0~3.0 in the process of treating oilfield sewage, and the treated sewage also needs to return the pH value. Therefore, the whole process of oilfield sewage treatment needs to consume a lot of acid and alkali. A typical Fenton system is in acidic environment, in which Fe~ (2+) catalyzes the rapid decomposition of H_2O_2 to produce a large number of hydroxyl radicals with high oxidation activity. OH can be used to produce most organic compounds. However, the application of this system is very complicated, which restricts its application. In order to broaden the application range of Fenton method, a series of metal complex catalysts were prepared to catalyze the oxidation and degradation of H_2O_2 in oilfields at high pH. In this paper, a series of metal complex catalysts were synthesized with the viscosity of hydroxypropyl guar gum as the evaluation index, and five catalysts with better catalytic effect on hydrogen peroxide were screened out by the method of viscosity evaluation. The optimum application conditions of the catalysts were screened and characterized by UV spectroscopy to explore the mechanism of their better catalytic effect. The catalysts were used to catalyze the oxidation of three commonly used polymers in oilfields under the optimum conditions. The effects of the catalysts on COD removal and viscosity reduction were compared and analyzed. The main results obtained are as follows: (1) Five catalysts, EDTA-Fe (I I), TEA-Co, cysteine-Fe (I I), sodium tartrate-Fe (I I) and o-phenanthroline-Cu, have been screened for the oxidation of hydroxypropyl guar gum by H_2O_2; (2) The optimum conditions for the use of these catalysts are as follows: EDTA-Fe (I I). II) The ratio of metal ions to ligands is 1:1, the amount of hydrogen peroxide is 10% of hydroxypropyl guar gum, the amount of catalyst is 10% of hydrogen peroxide, the temperature is 45 C, the pH is 9, the ratio of metal ions to ligands is 1:3, the amount of hydrogen peroxide is 10% of hydroxypropyl guar gum, and the amount of catalyst is 1% of hydrogen peroxide. The ratio of cysteine to Fe (I I) metal ions and ligands is 1:1, the amount of hydrogen peroxide is 10% of hydroxypropyl guar gum, the amount of catalyst is 10% of hydrogen peroxide, the temperature is 45 C and the pH is 7, the ratio of metal ions to ligands of sodium tartrate to Fe (I I) is 1:3, and the amount of hydrogen peroxide is 10% of hydroxypropyl guar gum. Catalyst dosage is 5% of hydrogen peroxide, temperature is 45 C, pH is 11; metal ion and ligand ratio of o-phenanthroline-Cu is 1:3, hydrogen peroxide dosage is 10% of hydroxypropyl guar gum, catalyst dosage is 10% of hydrogen peroxide, temperature is 45 C, pH is 11; (3) The five metal complexes are controlled respectively by using the selected catalysts. Under the optimum conditions, hydroxypropyl guar gum, PAM and CMC were used to catalyze the oxidation of H_2O_2. EDTA-Fe (I I) and o-phenanthroline-Cu were used to catalyze the oxidation of H_2O_2 to degrade the three polymers. The removal rates of COD were all above 99%, tetraethylenepentamine-Co, cysteine-Fe (I I) and sodium tartrate-Fe (I I). (4) UV and IR spectra showed that metal ions and ligands coordinated to form complexes, which effectively explained the reasons of the better catalytic effect of the catalysts.
【學(xué)位授予單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE39

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本文編號(hào)：2183755